Diseño de iluminación LED 2024: comprensión de los conceptos básicos

El diseño de iluminación es muy importante en los proyectos de construcción y los mejores resultados se logran utilizando cálculos de iluminación detallados en lugar de “reglas generales”. En comparación con otros componentes, como equipos HVAC y accesorios de plomería, el sistema de iluminación es especial: hay un factor subjetivo y artístico involucrado. Los diseños de iluminación deben proporcionar suficiente visibilidad, pero también definir el ambiente de los entornos construidos.

Los asesores energéticos suelen recomendar la iluminación LED. El período de recuperación suele ser inferior a tres años y los principales fabricantes ofrecen una garantía de cinco años. Como el coste inicial se recupera durante el periodo de garantía, la iluminación LED es una inversión muy segura.

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La comunicación eficaz es importante en cualquier proyecto y esto sólo es posible si todos están familiarizados con los conceptos técnicos clave. Este artículo proporcionará una descripción general de los términos clave utilizados al especificar un sistema de iluminación.

El Lumen: Unidad Básica de Flujo Luminoso

Así como la corriente eléctrica se mide en amperios y el volumen de agua en galones, la salida de luz de una lámpara se mide en lúmenes . Los vatios se utilizan a menudo para describir el brillo de una lámpara, pero esta es una práctica incorrecta y confusa:

• Hace unas décadas, cuando la mayoría de las bombillas eran incandescentes, el brillo se podía describir en vatios. Existía una relación directa entre los lúmenes producidos y los vatios consumidos.
• Sin embargo, esto resulta confuso al comparar diferentes tipos de lámparas. La eficacia de convertir vatios a lúmenes cambia según la tecnología de iluminación.
• Por ejemplo, la salida de lúmenes es aproximadamente la misma para una bombilla incandescente de 60 W, una bombilla fluorescente compacta de 15 W y una bombilla LED de 9 W.

Un error común acerca de la iluminación LED es que la habitación termina más oscura debido a su menor potencia. Sin embargo, esto proviene de la antigua práctica de describir el brillo en vatios, cuando la unidad correcta es el lumen.

El concepto de eficacia luminosa describe qué tan bien una bombilla convierte vatios en lúmenes, similar al consumo de combustible (MPG) de un automóvil. Si las tres lámparas descritas anteriormente producen 900 lúmenes cada una, sus valores de eficacia luminosa serán los siguientes:

Al igual que un automóvil con un alto MPG tiene menores costos de combustible por milla, una fuente de luz que produce muchos lúmenes por vatio tiene menores costos de energía. Desde una perspectiva financiera, las actualizaciones de LED se encuentran entre las mejores medidas de eficiencia energética para los edificios.

Los lúmenes son útiles para describir la potencia de las lámparas. Sin embargo, se utiliza una unidad de medida diferente para describir la iluminación requerida para un área específica. Por ejemplo, 10.000 lúmenes es luz más que suficiente para una oficina pequeña, pero su efecto apenas se nota en un almacén grande. El concepto de iluminancia se utiliza para describir la iluminación requerida en entornos construidos.

Iluminancia: lúmenes por unidad de área

Las necesidades de iluminación de una ocupación determinada se describen con un valor de iluminancia, que no se ve afectado por el tamaño. Hay dos unidades de medida comunes para la iluminancia:

• Lux (lx): lúmenes por metro cuadrado.
• Footcandle (fc): lúmenes por pie cuadrado.
• 1 fc = 10,7639 lux

Dado que la iluminancia se especifica por unidad de área, el tamaño de la habitación no importa: una iluminancia de 50 fc tiene el mismo significado para oficinas de 500 pies cuadrados y 2500 pies cuadrados. La diferencia es que la oficina más grande necesita más luces para alcanzar los 50 fc. El Manual de iluminación del IESNA proporciona valores de iluminancia de diseño para cada clasificación de ocupación.

En proyectos de iluminación reales, la iluminancia varía según la separación de las luminarias y la forma del haz. Sin embargo, se aceptan ligeras variaciones a menos que algunas áreas sean demasiado oscuras o demasiado claras. La iluminancia está determinada no sólo por la distribución de la iluminación, sino también por las características de la habitación, como la altura del techo y los colores de la superficie. Los cálculos de iluminación manuales son complejos, pero el proceso se automatiza con software en diseños modernos.

Fotometría: ¿Cuál es la forma del haz de la lámpara?

La forma del haz de luz es otro aspecto importante que tienen en cuenta los diseñadores de iluminación. Por ejemplo, los focos enfocan su salida en un haz estrecho y orientado hacia abajo, mientras que los troffers distribuyen su salida en el área más grande posible para una iluminación uniforme.

• No asuma que se pueden usar dos lámparas para la misma aplicación solo porque sus bases tienen la misma forma.
• Las bombillas con una forma de haz incorrecta darán como resultado una iluminación desigual incluso si la salida total de lúmenes es correcta.

La forma del haz de una lámpara es tridimensional y puede simularse mediante un software de diseño de iluminación. Las hojas de corte de iluminación describen el haz con formas 2D, paralelas y perpendiculares a la lámpara, ya que un haz 3D no se puede representar completamente. Sin embargo, los modelos de productos utilizados para el software tienen el haz completo simulado en 3D.

Temperatura de color e índice de reproducción cromática.

Se utilizan dos métricas para describir el rendimiento del color de la iluminación: una para la fuente de luz y otra para los objetos que ilumina.

• La temperatura de color correlacionada (CCT) describe el color de la propia fuente de luz. Cada CCT tiene diferentes aplicaciones y ningún color puede considerarse “el mejor”.
• El índice de reproducción cromática (CRI) describe la fidelidad con la que la fuente de luz reproduce los colores de objetos y superficies. El CRI máximo es 100, lo que describe una fuente de luz que coincide con la calidad de la luz solar; un CRI más alto siempre es mejor, independientemente de la aplicación.

Usar valores de temperatura para describir colores de iluminación

Los objetos brillan con un color característico según la temperatura, por lo que la lava de un volcán aparece roja. El mismo principio se aplica a las estrellas, donde una estrella amarilla como el Sol es más caliente que una estrella roja y una estrella azul es más caliente que una amarilla. En física, este comportamiento se describe con un concepto abstracto llamado “cuerpo negro”, que es un objeto que solo emite luz cuando se calienta, y cada temperatura corresponde a un color específico.

Las bombillas no se calientan a la temperatura de color correspondiente, pero es una forma cómoda de asignar un número a su color. Si una lámpara tiene un CCT de 4000K, brillará del mismo color que un “cuerpo negro” a 4000K, pero la fuente de luz en sí no alcanza esa temperatura. En la mayoría de los edificios residenciales y comerciales, el CCT oscila entre 2700K (blanco amarillento) y 6500K (blanco azulado).

El color de iluminación ideal depende de las preferencias personales, pero los siguientes principios se aplican a la mayoría de los diseños de iluminación:

• Las temperaturas de color bajas, como 2700 K, se consideran “cálidas” y tienden a tener un efecto relajante. Se prefieren en áreas como dormitorios de casas, habitaciones de hotel y restaurantes de alta gama. Los colores cálidos no son adecuados para ambientes comerciales e industriales, donde el efecto relajante puede resultar contraproducente.
• Las temperaturas de color altas, como 6500 K, se consideran “frías” y tienden a tener un efecto energizante que genera conciencia. Se prefieren en aplicaciones donde se requiere máxima visibilidad, como la fabricación de alta precisión. Los colores fríos pueden retrasar el sueño cuando se usan en casas y apartamentos, y algunas personas pueden estresarse con estos colores después de una exposición prolongada.
• Los valores CCT de alrededor de 4000K se perciben como “neutrales” y se consideran equilibrados. El blanco neutro es el color de iluminación ideal para oficinas, aulas, cocinas y otras zonas donde la gente se reúne durante largos periodos.

Efecto de la fuente de luz sobre objetos y superficies.

Incluso si dos lámparas tienen el mismo CCT, la calidad de la iluminación puede diferir según el índice de reproducción cromática. Un CRI de 100 significa que la fuente de luz es tan buena como la luz solar.

• A pesar de su baja eficiencia energética, las bombillas incandescentes y halógenas tienen un CRI de 100.
• Las bombillas fluorescentes tienden a tener los valores de CRI más bajos y las bombillas de baja calidad caen por debajo de 70.
• Los valores CRI de las bombillas LED pueden variar mucho según la calidad del producto. Los productos de bajo coste caen por debajo de 70, mientras que los LED de alto rendimiento alcanzan valores cercanos a 100.

El CRI mínimo para una bombilla ENERGY STAR es 80, lo que significa que debes buscar bombillas etiquetadas para obtener una iluminación de alta calidad. La etiqueta también significa que un producto de iluminación es confiable ya que ha sido sometido a rigurosas pruebas de laboratorio.

Cuando se trata de bombillas LED, un CRI más alto suele conllevar un precio más alto. Sin embargo, hay lugares donde la métrica del CRI es muy importante, como galerías de arte y tiendas de centros comerciales.

Conclusión

Las actualizaciones de LED pueden reducir los costos de iluminación entre un 30% y un 90% en la mayoría de los casos, dependiendo de los tipos de bombillas reemplazadas. En espacios con aire acondicionado, la reducción de la producción de calor de los LED también se traduce en pequeños ahorros en refrigeración.

Puede resultar tentador simplemente reemplazar las bombillas existentes por las LED más eficientes disponibles, pero no se debe pasar por alto el diseño de iluminación. Los ahorros de electricidad son bienvenidos, pero no deben lograrse a expensas de la calidad.

Si tiene una propiedad en Nueva York cubierta por la Ley Local 88, debe actualizar los sistemas de iluminación al Código de Conservación de Energía para 2025. Sin embargo, puede lograr un retorno de la inversión más alto si excede el nivel de eficiencia requerido por el código, aprovechando la oportunidad para mejorar. la calidad de la iluminación.